ҚР ҰҒА-ның Хабарлары. Геологиялығ сериясы. Известия НАН РК.
Серия геологическая. 2006. №4. С. 59–63
орошаемых земель в Алматинской и Жамбылс- кой областях на общей площади 700 тыс. га, а также на объектах Проекта усовершенствова- ния ирригационных и дренажных систем, реали- зованного по Займу Международного банка раз- вития и реконструкции на площади 21 332 га в разных областях Казахстана. В процессе мони- торинга проводятся полевые наблюдения за по- чвенно-мелиоративными, гидрогеологическими, гидрохимическими, водохозяйственными, сель- скохозяйственными и агроклиматическими усло- виями, которые используются для оценки мели- оративного состояния орошаемых земель и сте- пени воздействия на окружающую среду этих территорий. Для систематизации и анализа та- кого большого количества данных, которые пред- ставляют как цифровые показатели, так и кар- тографические материалы, удобнее применять геоинформационные системы (ГИС). Современ- ные ГИС-технологии в значительной степени об- легчают этот процесс за счет обеспечения быс- трого доступа к большим объемам информации и возможности их аналитической обработки.
Для проведения этих работ нами создана ин- тегрированная ГИС «Мониторинг орошаемых УДК 628.8(574)
И. И. ШАКИБАЕВ1
СОВРЕМЕННЫЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИИ
В ПРАКТИКЕ МЕЛИОРАТИВНОЙ СЛУЖБЫ КАЗАХСТАНА
ҚР СРК АШМ Жетiсу гидрогеологиялық-мелиоративтiк экспедициясының өндiрiлген геоақпараттық жүйесiнiң жұмыс iстеу принципi, құрамы мен ұйымдық құрылымы қарастырылған. Бұл жүйе ақпаратты жүйелендiрiлген жинақтау, өңдеу, кеңiстiктiк нысандарды қалыптастыру, тематикалық карталарды автоматты режимде құрастыру, қажеттi оперативтi жəне аналитикалық ақпаратты алуды суармалы жерлерде мониторинг жүргiзу барысында iске асыруды қамтамасыз етедi.
Рассмотрены организационная структура, состав и принцип работы геоинформационной системы, разработанной в Жетысуской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции КВР МСХ РК. Использование данной системы позволяет осуществ- лять систематизированный сбор информации, обрабатывать ее, формировать пространственные объекты, выполнять в автоматическом режиме построение тематических карт и получать необходимую оперативную и аналитическую информа- цию при проведении мониторинга орошаемых земель.
Structural determination, components and principle of operation of GIS, devised by the Zhetysu hydrogeological meliorative expedition, are considered. Using this system makes it possible to get systematic data, process them, form three-dimensional objects, automatically compile thematic maps and get necessary rapid analytical information when irrigated land monitoring.
Жетысуская гидрогеолого-мелиоративная экспедиция КВР МСХ РК осуществляет мониторинг земель», обеспечивающая централизованное хра- нение и управление совокупностью взаимосвя- занных данных, которые адекватно отображают состояние исследуемых объектов. Структура ГИС позволяет вести системное накопление, хра- нение, оценку и анализ разнородной информации, которые собираются в процессе проведения мо- ниторинга. Систематизация и обработка прово- дятся по различным ретроспективным и факти- ческим данным и характеристикам подземных, дренажных и поверхностных вод, почв, по мели- оративным, климатическим, водохозяйственным и экономическим показателям.
Структура ГИС представляет многоуровне- вую систему, построенную по уровням иерархии и связанным с ним объектов управления. ГИС построена по административному принципу: бло- ки представлены по административным облас- тями и по ее составляющим – административ- ным районам, далее массивам орошения – хо- зяйствам. Для каждого уровня в ГИС определе- ны источники поступления и характер вводимой информации. Информация на этих уровнях име- ет преимущественно осредненный, агрегирован- ный, вычислительный и аналитический характер.
1 Казахстан. 050046, г.Алматы, Гайдара, 253, Жетысуская гидрогеолого-мелиоративная экспедиция Комитета по вод- ным ресурсам МСХ РК.
На входе информационной системы входная ин- формация соответствует основным объектам информационных блоков, а на выходе структура информа ции определяется потребностями пользователей и может принимать текстовой, графический, табличный или картографический вид.
ГИС спроектирована таким образом, что ра- ботать на ней могут пользователи, не имеющие специальной подготовки по программированию.
Для этого разработан интерфейс, который позво- ляет осуществлять удобный и естественный ди- алог пользователя с системой.
Формирование базы данных ГИС осуществ- ляется «снизу-вверх», т.е. информационные по- токи (уровни грунтовых вод, химический состав, объемы водоподачи и водопотребления, каче- ство поливных вод, мелиоративное состояние и др.) вводятся на самом нижнем уровне иерархии и, проходя через иерархические уровни, подвер- гаются агрегированию.
Информация в базе данных ГИС хранится в виде соответствующих информационных таб- лиц, которые содержат информацию, характе- ризующую различные объекты (гидрогеологи- ческие, почвенные, водохозяйственные, клима- тические и экономические и т.д.). Каждый объект характеризуется несколькими соответ- ствующими таблицами, каждая из которых выступает в качестве определенного свойства объекта.
База данных ГИС состоит из следующих функциональных компонентов: Мониторинг почв, Мониторинг подземных вод, Мониторинг повер- хностных и дренажных вод, Мониторинг исполь- зования орошаемых земель, Климат, Отчеты, Диаграммы и графики, Картографический мате- риал, Администрирование, Справочники. При этом каждый компонент включает в свой состав информацию, соответствующую его функцио- нальному назначению.
Для создания ГИС использовалась операци- онна я система WINDOWS XP, CУБД ACCESS97, сервисные программы, входящие в стандартный комплект Microsoft Office, а также ГИС-программы – ARС VIEW/INFO и MAPINFO, являющиеся составной частью кар- тографической базы данных.
Программное обеспечение ГИС позволяет отображать информацию, содержащуюся в базе
данных в виде:
диалоговых форм (таблиц) – для ввода, кор- ректировки, просмотра и анализа исходных дан- ных в таблицах, а также просмотра и анализа агрегированных данных;
отчетов – для получения бумажной копии информации и ее дальнейшего анализа;
графиков и диаграмм – для просмотра и ана- лиза информации в графическом виде;
тематических слоев, рабочих наборов и карт – для просмотра и анализа информации в картог- рафическом виде.
Пользовательский интерфейс выполняет эф- фективную увязку всех компонентов ГИС в еди- ную, целостную программно-информационную систему и отвечает следующим основным тре- бованиям, предъявляемым к интерфейсу совре- менных программных продуктов:
1. Унифицированность основных форм диа- лога и форм обработки данных – внешний вид, последовательность размещения и отображения данных на экране, формат аналогичных по функ- циональному назначению данных схожи.
2. Разовое задание ключевых параметров при работе с объектами для выбранных информаци- онных компонентов и их составляющих.
3. Использование ключевых параметров по принципу «сквозных переменных» при работе с различными информационными компонентами, функциями отображения, объектами и их свой- ствами.
4. Естественность диалога – ведение диало- га на русском и английском языках. Порядок вво- да информации максимально приближен к тому порядку, в котором пользователь обычно обра- батывает информацию.
5. Последовательность – работа с разными частями системы (компонентами, таблицами и т.п.) приблизительно одинакова. Аналогичные по функциональному назначению поля, например ключевые параметры, представляются в одном и том же формате и даже размещаются в опре- деленном месте на экране.
6. Краткость – ввод только минимума инфор- мации, необходимой для выполнения какой-либо функции.
7. Дружественная поддержка – предоставля- ет возможность получения общей или контекст- но-зависимой информации (помощи), выдачи со- общений пользователю на те или иные события.
Рассмотрим подробнее содержание каждо- го компонента ГИС.
Компонент «Мониторинг почв». Интер- фейс компонента предназначен для ввода, кор- ректировки и анализа информации по скважинам, разрезам и площадкам, которые собираются при проведении почвенно-мелиоративных работ на орошаемых землях. Свойствами этих трех ком- понентов являются Засоление почв, Химический состав почв, Механический состав почв, Водно- физические свойства почв, Содержание пести- цидов и гербицидов, Содержание микрокомпонен- тов в почве. Принцип работы с этим компонен- том сводится к следующему: после установки значений для параметров «Область», «Район»,
«Массив», «Хозяйство» предоставляется доступ к списку объектов, связанных с выбранным хо- зяйством. Затем после выбора нужного свойства компонента «Мониторинг почв» загружается то или иное диалоговое окно. Из поля со списком выбирается наименование объекта, по которому необходимо ввести, корректировать или анали- зировать информацию. Далее вводится дата, для которой вносится значение в соответствующие информационные поля.
Для удобства пользователя в системе пре- дусмотрена автоматизация некоторых расчетов.
Так, в свойстве «Засоление» программой предус- мотрено по содержанию плотного остатка авто- матически классифицировать почвы по типу за- соления. В свойствах «Содержание пестицидов и гербицидов», «Содержание микрокомпонентов»
имеется возможность сравнить с установленной предельной допустимой концентрацией (ПДК) по введенным элементам и рассчитать процентное отклонение от ПДК.
В каждом диалоговом окне имеется кнопка
«Печать», позволяющая получить бумажную ко- пию информационных полей по выбранному объекту на заданную дату. При нажатии кнопки
«Выход» осуществляются закрытие текущей формы и выход на предыдущий иерархический уровень.
Компонент «Мониторинг подземных вод».
Интерфейс компонента позволяет вводить, кор- ректировать и анализировать условно-постоян- ную информацию по подземным водам. Основ- ными свойствами этого компонента являются
«Паспорт наблюдательной скважины», «Резуль- таты наблюдений за режимом подземных вод»,
«Химический состав подземных вод», «Содер- жание загрязняющих веществ в подземных во- дах», «Бактериологический анализ». Интерфей- сом предусмотрено в свойствах «Результаты наблюдений за режимом подземных вод» авто- матизация расчетов, т.е. вводится только изме- ренное значение уровня грунтовых вод (УГВ), а программа сама рассчитывает истинное значе- ние УГВ и ее абсолютную отметку. В свойствах
«Химический состав подземных вод» програм- ма в автоматическом режиме вычисляет процен- тное соотношение анионов и катионов в формуле Курлова. В свойствах «Содержание пестицидов и гербицидов», «Содержание микрокомпонентов»
имеется возможность сравнения с действующи- ми ПДК по каждому элементу.
В свойствах «Результаты наблюдений за режимом подземных вод» в целях графичес- кого анализа информации имеется возможность построения различных, в том числе совмещен- ных графиков. Для этого в диалоговом окне имеется кнопка «Диаграмма», которая предо- ставляет пользователю возможность получить графическое отображение соответствующих информационных показателей за выбранный период времени или группы информационных показателей.
Компонент «Мониторинг поверхностных и дренажных вод». Основными свойствами это- го компонента являются «Паспорт гидропоста»,
«Химический состав поверхностных вод», «Хи- мический состав коллекторно-дренажных вод»,
«Содержание загрязняющих веществ в поверх- ностных водах», «Содержание загрязняющих веществ в коллекторно-дренажных водах»,
«Объем водозабора и водоподачи на орошаемые земли», «Объем коллекторно-дренажных вод».
Открываемые диалоговые окна позволяют вво- дить, корректировать и анализировать условно- постоянную информацию по поверхностным и дренажным водам.
В свойствах «Химический состав поверхно- стных и дренажных вод» в формуле Курлова про- грамма в автоматическом режиме вычисляет процентное соотношение анионов и катионов.
В свойствах «Содержание пестицидов и герби- цидов», «Содержание микрокомпонентов» име- ется возможность сравнить с действующим ПДК по каждому ингредиенту и вычислить от него процентное отклонение.
Для графического анализа информации име- ется возможность построения различных графи- ков показателей или группы информационных показателей за выбранный период времени.
Компонент «Мониторинг использования орошаемых земель». В структуру компонента входят свойства «Использование орошаемых земель», «Структура посевных площадей, урожай- ность и валовой сбор сельхозкультур», «Исполь- зование воды на орошение», «Распределение пло- щадей по глубине залегания уровня и минерали- зации грунтовых вод на орошаемых землях».
При работе с этим компонентом из списка
«Состав компонента» выбирается нужное свой- ство и на экране появляется запрошенная диало- говая форма. После установки значения для па- раметра «Область» система автоматически ана- лизирует и формирует список лет, за которые имеется информация в базе данных и выводит этот список. Пользователю предоставляется доступ к вводу, корректировке и анализу инфор- мации, связанной с данной областью. Здесь ус- танавливается или вводится дата, а затем, вы- бирая из поля со списком соответствующий ад- министративный район, вводятся необходимые значения или осуществляется просмотр.
Для графического анализа информации име- ется функция «Диаграмма», которая позволяет строить соответствующие информационные по- казатели или группы информационных показате- лей в виде диаграмм за выбранный период вре- мени.
Компонент «Климат». В данном компонен- те накапливается необходимая информация по метеорологическим станциям. Для работы с этим компонентом из списка «Состав компонен- та» выбирается свойство «Агроклиматические характеристики» и на экране появляется соответ- ствующая диалоговая форма, которая позволяет вводить справочную информацию (Высота над уровнем моря, Широта, Долгота) по климатичес- ким станциям, а также подекадную оперативную информацию (Дата, Среднедекадная температу- ра воздуха, Сумма осадков, Относительная влажность) по каждой метеорологической стан- ции.
Компонент «Отчеты». Интерфейс компо- нента позволяет формировать и анализировать информацию в разрезе областей. В состав ком- понента входят следующие свойства: «Распре-
деление площадей по глубине залегания уровня и минерализации грунтовых вод на орошаемых землях», «Использование орошаемых земель в сельскохозяйственном производстве», которые в последующем могут добавляться другими свой- ствами.
Диалоговая форма предназначена для рабо- ты по выбранной области на заданный год.
Пользователю необходимо выбрать нужную об- ласть из списка областей, затем система опре- деляет наличие информации по выбранной обла- сти, и в списке «Год» высвечивает список лет, за которые имеется информация. Далее выбира- ется определенный год, с которым следует ра- ботать. При необходимости эта информация мо- жет быть распечатана на бумажный носитель.
Для удобства предусмотрена возможность кон- вертации табличной информации из ГИС в офис- ные программы Word или Excel для дальнейше- го оформления и размещения в отчетах.
Компонент «Диаграммы, графики». Дан- ный компонент предназначен для построения ди- аграмм по выбранной области на заданный ин- тервал лет. Компонент состоит из свойств: «Ди- намика распределения площадей по глубине за- легания уровня грунтовых вод на орошаемых землях» и «Динамика водозабора, водоподачи и дренажного стока на орошаемых землях», кото- рые при необходимости могут также добавлять- ся. При выборе из списка «Состав компонента»
свойство «Динамика распределения площадей по глубине залегания уровня грунтовых вод на оро- шаемых землях» на экране монитора появляет- ся запрошенная диалоговая форма. Затем выби- рается нужная область из списка областей, и система определяет наличие информации по выб- ранной области и в списках «От» и «До» высве- чивает список лет, за которые имеется инфор- мация. Далее выбирается нужный интервал лет и нажимается клавиша «Построить».
Компонент «Картографический матери- ал». Работа с компонентом производится после того, как из списка «Состав компонента» будет выбрано свойство «Анализ, обновление, созда- ние точечных графических объектов». Данный компонент предназначен для проведения анали- за на соответствие между информационными объектами базы данных (Наблюдательные сква- жины, Точки наблюдения и т.д.) и их графичес- кими точечными аналогами. При выборе кнопки
«Анализ» осуществляется аналитическая провер- ка по следующим показателям: количество ин- формационных точечных объектов, имеющих географические координаты, количество инфор- мационных точечных объектов, не имеющих гео- графических координат, общее количество ин- формационных точечных объектов в разрезе их типов, количество графических объектов, явля- ющихся графическими аналогами соответству- ющих информационных объектов в базе данных.
Результаты выполнения функции аналитической проверки отображаются в соответствующей таб- лице, расположенной в нижней части диалоговой формы. Если количество информационных объектов, имеющих географические координаты, превосходит количество их графических анало- гов, то рекомендуется выполнить функцию об- новления через кнопку «Обновить». При выпол- нении функции обновления система анализирует состояние информационных объектов.
Свойство «Географический анализ исследу- емых объектов» предназначено для географичес- кого анализа картографических материалов по исследуемому объекту (Наблюдательных сква- жин, Площадок, Разрезов и т.д.). Функциональ- ный элемент «Уровень информации» определяет настройку системы на соответствующий уровень информации и далее на конкретный исследуемый объект, соответствующий этому уровню. Каж- дому уровню информации соответствует опре- деленный набор типов объектов, как-то: наблю- дательные скважины, точки наблюдения (коллек- торно-дренажные воды, подземные воды, повер- хностные воды), тематические слои и т.д. Каж- дый тип объекта характеризуется определенным набором свойств, которые, в свою очередь, яв- ляются различными количественными, каче- ственными и пространственными показателями данного типа объекта. Для дальнейшей работы с выбранными графическими объектами пред- назначены два основных функциональных эле- мента: инструментальная панель и всплывающее меню.
Компонент «Администрирование». Ин- формационный компонент «Администрирование»
включает в себя следующие составляющие:
«Справочник объектов», «Справочник связей объекта», «Справочник типов объекта», «Спра- вочник типов связей объекта», «Справочник ти- пов статуса объектов», «Справочник типов свойств объектов».
Диалоговая форма позволяет вводить, кор- ректировать и анализировать административно- справочную информацию по соответствующим объектам. С функциональной точки зрения форма спроектирована таким образом, что позволяет обслуживать все имеющиеся справочники инфор- мационной системы путем выбора закладки с соответствующим названием. Компонент «Ад- министрирование» несет основную ответствен- ность за правильное функционирование всей ГИС.
Компонент «Справочники». Информацион- ный компонент включает в себя следующие со- ставляющие: «Справочник административных областей», «Справочник административных рай- онов», «Справочник массивов», «Справочник хо- зяйств», «Справочник точек наблюдения», «Спра- вочник водопунктов». Диалоговая форма пред- назначена для ввода, корректировки и анализа справочной информации по соответствующим объектам. С функциональной точки зрения фор- ма спроектирована таким образом, что позволя- ет обслуживать все имеющиеся справочники информационной системы путем выбора заклад- ки с соответствующим названием.
Таким образом, созданная ГИС «Мониторинг орошаемых земель» значительно облегчает ка- меральную обработку полевых материалов, обеспечивает автоматизированное построение тематических карт, позволяет получать необхо- димую аналитическую информацию и на более качественном информативном уровне представ- ляет результаты исследований. Использование ГИС расширило возможности мелиоративной службы для систематизации данных мониторин- га, выполнения оценки мелиоративного состоя- ния орошаемых земель и принятия оперативных управленческих решений.
